Riċerkaturi Ġermaniżi Stabbilixxu Rekord Dinji Ġdid b'25.5% Effiċjenza Perovskite-CIGS Tandem Solar Cell

Fi avvanz sinifikanti għat-teknoloġija fotovoltajka, riċerkaturi mill-Ġermanja Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) u Humboldt-Universität kisbu effiċjenza ġdida ta' konverżjoni tal-enerġija rekord dinji ta' 25.5% għal perovskite-CIGS tandem solar cell. Dan it-tragward, iċċertifikat mill-European Solar Test Installation (ESTI), jirrappreżenta l-ogħla effiċjenza li qatt ġiet irreġistrata għal din il-kombinazzjoni speċifika ta' materjali u jimmarka pass kbir 'il quddiem fl-iżvilupp ta' teknoloġiji solari ta'-film irqiq.

Dan l-apparat huwa kapaċi jikseb rekord dinji fl-effiċjenza minħabba d-disinn tiegħu li juża kemm ċellula ta 'fuq (perovskite) kif ukoll ċellula t'isfel (CIGS) li flimkien jiffurmaw dik li hija magħrufa bħala "struttura tandem monolitika". Għalhekk, kull parti taċ-ċellula tassorbi u tikkonverti l-enerġija solari f'tul ta 'mewġ differenti fi ħdan l-ispettru solari-jiġifieri, iċ-ċellula ta' fuq tassorbi dawl ta 'enerġija għolja (ultravjola); filwaqt li ċ-ċellula tal-qiegħ tassorbi dawl ta 'enerġija baxxa (infra-aħmar). Bħala riżultat ta 'din l-istruttura, in-naħa ta' fuq taċ-ċellula ta 'fuq u n-naħa ta' isfel taċ-ċellula t'isfel se jassorbu partijiet differenti tal-ispettru solari b'effiċjenza ogħla milli kull mezz wieħed jikseb waħdu; b'hekk tinħoloq żieda fl-effiċjenza totali meta ż-żewġ apparati jaħdmu flimkien f'arranġament tandem.

Biex jinkiseb dan ir-rekord, ir-riċerkaturi tal-HZB u Humboldt-Universität ottimizzaw b'mod sistematiku diversi aspetti tal-arkitettura tal-apparat. Huma esploraw iċ-ċelloli tal-qiegħ ibbażati fuq is-CIGS-b'faxxa tal-faxxa sintonizzata bir-reqqa ta' 1.05 eV u 1.1 eV, flimkien ma' żewġ ħxuna differenti ta' saffi ta' ossidu taż-żingu drogat tal-aluminju-. Din l-inġinerija tal-bandgap metikoluża ppermettiethom li jaqblu aħjar mal-ġenerazzjoni attwali bejn is-subċelluli ta 'fuq u ta' isfel-fattur kritiku fil-prestazzjoni tal-apparat tandem.

It-tim wettaq ukoll screening estensiv ta 'materjali tas-saff tat-trasport tat-toqob, ttestja diversi kombinazzjonijiet ta' ossidu tan-nikil (NiOx) u monosaffi awto-immuntati (SAMs). Dawn is-saffi ta' l-interface għandhom rwol kruċjali fl-estrazzjoni ta' trasportaturi ta' ċarġ fotoġenerati filwaqt li jrażżnu t-telf ta' rikombinazzjoni-mekkaniżmu li jillimita l-effiċjenza primarja- fiċ-ċelloli solari. Billi identifikaw l-aħjar konfigurazzjonijiet tal-interface, ir-riċerkaturi setgħu jtejbu fl-istess ħin is-selettività tal-iċċarġjar u jimminimizzaw it-telf tal-enerġija fil-kuntatti.

Forsi l-aktar notevoli, it-tim irfina l-formazzjoni tal-kuntatt selettiv tal-elettroni- billi kkontrolla b'mod preċiż ir-rata inizjali tal-evaporazzjoni termali ta 'buckminsterfullerene (C60) depożitat fuq saff ta' passivazzjoni ultra-nm fluworidu tal-litju (LiF). Dan l-approċċ sofistikat ippermetta dak li ddeskrivew bħala "formazzjoni ta 'interface aktar ikkontrollata u allinjament elettroniku mtejjeb," li juri li l-inġinerija fuq skala nanoskala ta' saffi ta 'kuntatt tista' tagħti qligħ sostanzjali fil-prestazzjoni.

Filwaqt li l-effiċjenza rekord inkisbet fuq apparat ta'-erja żgħira ta' 1.081 cm², ir-riċerkaturi wrew li l-ottimizzazzjonijiet tagħhom setgħu jiġu tradotti f'formati akbar. Bl-użu ta' munzell simili ta' materjali, huma ffabbrikaw mini-modulu b'erja ta' 2.25 cm² li kiseb effiċjenza ta' madwar 19.7%. Għalkemm dan jirrappreżenta tnaqqis sinifikanti mill-effiċjenza ta'-ċellula żgħira, jipprovdi evidenza inkoraġġanti li l-interfaċċja sottostanti u l-istrateġiji ta' kuntatt jistgħu jiġu skalati lil hinn mill-issettjar tal-laboratorju.

Forsi l-aktar aspett eċċitanti ta 'din it-tħabbira huwa dak li tissuġġerixxi dwar il-potenzjal futur. Ir-riċerkatur tal-HZB Guillermo Farias Basulto nnota li "l-fiżika sottostanti l-arkitettura taċ-ċelluli attwali tagħna tindika li 25.5% hija biss tragward inizjali". L-ittestjar intern ta' disinji simili diġà kiseb effiċjenzi sa 27.5%, li jimplika li l-kunċett tal-apparat fundamentali għad għandu potenzjal konsiderevoli mhux sfruttat.

Ir-riċerka twettqet bħala parti mill-proġett "SOLMATES", inizjattiva iffinanzjata mill-UE-immexxija minn HZB biex tesplora l-integrazzjoni tat-teknoloġiji CIGS u perovskite. Ir-rekord preċedenti ta 'HZB taħt dan il-programm kien ta' 24.6%, li għamel il-qabża għal 25.5% pass 'il quddiem sinifikanti, għalkemm inkrementali.

Din il-kisba għandha tifsira importanti għall-industrija taċ-ċelloli solari. Ċellula tal-film irqiq-CIGS se jkollha diversi vantaġġi fuq iċ-ċelloli solari tal-film irqiq-konvenzjonali, bħal li tkun flessibbli, li tkun kapaċi taħdem tajjeb f'kundizzjonijiet parzjalment illuminati, u li jkollha spejjeż ta' manifattura baxxi. Billi tgħaqqad il-vantaġġi taċ-ċelloli CIGS mal-vantaġġi taċ-ċelloli perovskite, iċ-ċelloli CIGS għandhom il-potenzjal li jintużaw għal applikazzjonijiet ġodda f'elettronika flessibbli u BIPV, fejn iċ-ċelloli tas-silikon ma jistgħux jintużaw.

Ir-riżultati tal-istudju jindikaw ukoll li t-tandems tal-perovskite-CIGS huma kompetittivi mas-sistemi tat-tandem ibbażati fuq is-silikon-. Minbarra li jistgħu jiġu manifatturati bl-użu biss ta 'film irqiq, jistgħu wkoll jiġu manifatturati bl-użu ta' inqas minn mikrometru wieħed ta 'materjal. Id-disinn ultra-ħfief u flessibbli tagħhom se jipprovdi opportunitajiet ġodda għall-użu tagħhom bħala bini-soluzzjonijiet integrati jew applikazzjonijiet elettroniċi portabbli.

Filwaqt li 25.5% hija kisba notevoli, il-limitu ta' effiċjenza teoretiku għal tandems ta' perovskite-CIGS jaqbeż it-30%. Id-distakk bejn ir-rekord attwali u dan il-limitu teoretiku jissuġġerixxi li titjib sostanzjali jibqa 'possibbli permezz ta' ottimizzazzjoni kontinwa tal-kwalità tal-materjal, inġinerija tal-interface, u ġestjoni ottika. L-approċċ sistematiku tat-tim Ġermaniż-li jesplora bandgaps multipli, kombinazzjonijiet ta' saffi tat-trasport, u strateġiji ta' inġinerija ta' kuntatt-jipprovdi pjan metodoloġiku għal sforzi futuri.

Hekk kif l-industrija solari globali tkompli l-espansjoni rapida tagħha, l-innovazzjonijiet fit-teknoloġija taċ-ċelluli tandem se jkollhom rwol dejjem aktar importanti fit-tnaqqis tal-ispiża tal-elettriku solari. Il-kisba tar-riċerkaturi Ġermaniżi ta' effiċjenza ta' 25.5% għat-tandems ta' perovskite-CIGS tirrappreżenta mhux biss rekord dinji ġdid, iżda turija tal-potenzjal straordinarju li jinsab fl-intersezzjoni ta' dawn iż-żewġ sistemi materjali notevoli. B'riżultati interni-diġà jissuġġerixxu li 27.5% jista' jintlaħaq, u bil-limitu teoretiku għadu ferm ogħla, il-vjaġġ lejn effiċjenza solari tassew trasformattiva għadu 'l bogħod milli jintemm.